16 novembre 2013 - 19:48

Supersimmetria.
Che sarà mai?
E' una teoria fisica ?
Riguarda la fisica delle particelle ?
E ...forse c'entra con il bosone di Higgs ?
E...perché è così importante il bosone di Higgs ?
Sono alcuni spunti che vi propongo per una incursione nella fisica moderna.
Senza necessità di un trattato teorico, per ora vi chiedo solo alcune definizioni e commenti.
Basta in sintesi rispondere alle domande proposte.
Sapete....andremo al CERN ...quindi.....iniziamo a prepararci.
Sofia...tocca a te ( e ovviamente a chi vuole ).

*Accorre Sofia Zonari, sotto le mentite spoglie dell'account della sorella*
Ma prof, non può chiedere un mondo di risposte in sintesi!!! Vabbé, io ci provo :)
Mi permetto di alterare l'ordine delle domande: meglio partire dal generale al particolare!
La supersimmetria è una teoria relativa alla fisica delle particelle, ovvero la branca della fisica che studia i costituenti fondamentali della materia e le loro interazioni.
Tutta la materia (tranne la materia oscura) è costituita da molecole, formate da atomi. Negli atomi ci sono elettroni, protoni e neutroni, ma non tutti sanno che queste ultime due componenti sono a loro volta divisibili in quark, che appaiono particelle elementari, ovvero non ulteriormente frazionabili.
Vari esperimenti hanno trovato nuove particelle elementari e gli scienziati hanno deciso di riunirle in una sorta di tavola periodica.
In ogni caso, è stata elaborata nel corso degli ultimi decenni una teoria, chiamata Modello Standard, che permette di descrivere tutti i costituenti della materia e tre forze d'interazione fondamentali: la forza nucleare forte, la forza nucleare debole e l'elettromagnetismo.
Nel Modello Standard si distinguono due diverse categorie di particelle elementari:

i Fermioni, ovvero i quark e i leptoni, a loro volta raggruppati in varie famiglie; ciascuna di esse comprende sei particelle associate in generazioni o coppie. Le particelle non vogliono starsene sole solette: hanno bisogno di un partner!

i Bosoni, che sono le particelle mediatrici delle interazioni fondamentali: il fotone per l'interazione elettromagnetica, i due bosoni carichi W ed il bosone Z per l'interazione debole e i gluoni per l'interazione forte.

Il Modello standard rappresenta un esempio di unificazione delle interazioni fondamentali perché le interazioni elettromagnetiche e deboli sono entrambe manifestazioni di un'unica interazione che prende il nome di forza elettrodebole. Il principio che sta alla base delle interazioni (o forze) elementari è che ci sia un gruppo di simmetria, detto gruppo di gauge.
Manca tuttavia all'appello la forza nucleare forte: molti fisici delle particelle ritengono che tutte le forze possano essere ulteriormente unificate. Ciò ha dato luogo alla Teoria della grande unificazione, nota come GUT (grand unified theory), in cui s'ipotizza che i vari gruppi di simmetria non siano altro che dei sottogruppi di un altro gruppo di simmetria ancora più grande. Sì, proprio la supersimmetria!
La supersimmetria è per definizione una simmetria tra fermioni e bosoni. Come conseguenza di una trasformazione di supersimmetria, ogni fermione ha un superpartner bosonico ed ogni bosone ha un superpartner fermionico. Le coppie sono state battezzate partner supersimmetrici, e le nuove particelle vengono chiamate appunto spartner, superpartner, o sparticelle.
Il partner supersimmetrico di un fermione viene chiamato "s più il nome del fermione corrispondente", ad esempio il partner supersimmetrico dell'elettrone si chiama selettrone; il partner supersimmetrico di un bosone viene chiamato con il nome del bosone corrispondente più il suffisso ino, ad esempio il partner supersimmetrico del gluone si chiama gluino.
Questa formulazione, purtroppo, è solo una teoria, ma si spera che l'esistenza delle superparticelle venga confermata sperimentalmente proprio grazie al Large Hadron Collider, l'acceleratore di particelle del CERN di Ginevra.

A dopo rimando la risposta sintetica sul bosone di Higgs, se ci sono domande su questo intervento di fisica moderna "in pillole" proverò come meglio posso a rispondere! Spero di essere stata un poco chiara :)
(@Macchi: non vedo l'ora di andare a Ginevra!!!
In più, ho chiesto ancora una volta la creazione del mio utente, aspetto che i piani alti mi rispondano...)

La teoria del modello standard, come ho detto prima, descrive molto bene la forza elettrodebole e le particelle vettori del fotone e dei bosoni W e Z, tranne per un aspetto significativo. Il fotone non ha massa, ma le particelle W e Z sì.
Cos'è che dà massa a queste particelle? Secondo le teorie di Robert Brout, François Englert and Peter Higgs, i bosoni W e Z ricevono massa quando interagiscono con un campo, detto di Higgs, che è invisibile ma pervade l'universo. E la particella associata a tale campo è... *rullo di tamburi* il bosone di Higgs.
Entro il miliardesimo di secondo dopo il Big Bang, il campo di Higgs sarebbe cresciuto spontaneamente dopo un abbassamento di temperatura, e ogni particella interagente con esso avrebbe acquisito una massa maggiore quanto più a lungo avesse interagito con esso.
Per anni la teoria è rimasta senza prove sperimentali, fino a quando gli esperimenti ATLAS e CMS presso il CERN hanno osservato una particella che pareva corrispondesse alle caratteristiche richieste, ma probabilmente ci vorrà ancora un po' di tempo per verificare se si tratta del bosone teorizzato dal Modello Standard.
Adesso... ehm, ci sarebbe tantissimo altro da dire, anche perché in queste teorie entrano in gioco concetti di matematica e fisica che mi sembrano interessanti. Ma credo che ci sarà tempo per questo ;)
Buonanotte a tutti! E buona settimana, ovviamente :)